Aula 8 Imperfeições Cristalinas

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Ciência dos Materiais
Aula 8: Imperfeições e Falhas nos Sólidos
8.1- Defeitos pontuais
8.2- Defeitos de linha (discordâncias)
8.3- Defeitos de interface (grão e maclas)
8.4- Defeitos volumétricos (inclusões, precipitados)
	Professor: Ricardo Alcântara
	Turma:	20182.CECA.2M.ECA
Goiânia, 2018, 2º Semestre
1
O QUE É UM DEFEITO? 
É uma imperfeição ou um "erro" no arranjo periódico regular dos átomos em um cristal. 
Pode envolver uma irregularidade:
na posição dos átomos
no tipo de átomos
O tipo e o número de defeitos dependem do material, do meio ambiente, e das circunstâncias sob as quais o material foi processado. 
IMPERFEIÇÕES ESTRUTURAIS
 Apenas uma pequena fração dos sítios (ou posições) atômicos são imperfeitos. 
				 Menos de 1 em 1 milhão
 Mesmo sendo poucos eles influenciam muito as propriedades dos materiais e nem sempre de forma negativa.
IMPERFEIÇÕES ESTRUTURAIS IMPORTÂNCIA
DEFEITOS
INTRODUÇÃO
SELETIVA
CONTROLE 
DO NÚMERO
ARRANJO
Permite desenhar e criar novos materiais 
com a combinação desejada de propriedades
Exemplos de efeitos da presença de imperfeições
O processo de dopagem em semicondutores visa criar imperfeições para mudar o tipo de condutividade em determinadas regiões do material.
A deformação mecânica dos materiais promove a formação de imperfeições que gera um aumento na resistência (processo conhecido como encruamento).
Wiskers de ferro (sem imperfeições do tipo discordâncias) apresentam resistência maior que 70 GPa, enquanto o ferro comum rompe-se a aproximadamente 270 MPa.
O termo “whisker” é utilizado para nomear pequenas fibras nanométricas cristalinas.
 Os materiais reais não possuem uma ordenação atômica perfeita.
 Existem vários tipos de “defeitos” na estrutura Cristalina.
 Esses “defeitos” modificam diretamente as propriedades dos materiais.
 Os defeitos cristalinos podem ser:
 Pontual
 Linear
 Interfacial
Imperfeições e Tipos de Defeitos
IMPUREZAS NOS SÓLIDOS
Um metal considerado puro sempre tem impurezas (átomos estranhos) presentes.
A presença de impurezas promove a formação de defeitos pontuais.
Algumas impurezas (chamadas elementos de liga) são adicionadas intencionalmente com a finalidade:
Aumentar a resistência mecânica
Aumentar a resistência à corrosão
Aumentar a condutividade elétrica
Entre outras.
São classificados de acordo com sua geometria ou dimensões
Imperfeições Estruturais
01
Defeitos Pontuais
1 ou 2 posições atômicas
02
Defeitos lineares
1 dimensão
03
Defeitos planos ou interfaciais
2 dimensões (fronteiras)
04
Defeitos volumétricos
3 dimensões
1- Defeitos Pontuais
 Influenciam principalmente as propriedades ópticas e elétricas dos materiais;
 Interferem em processos como difusão, transformação de fases, fluência, etc…
 Átomos de solute geram defeitos pontuais. 
Vacâncias ou Vazios
Átomos Intersticiais
A introdução de átomos de soluto em solução sólida invariavelmente produz uma liga com maior dureza que o metal puro.
Defeitos Pontuais
SUBSTANCIAL: os átomos de impureza estão localizados em posições normalmente ocupadas pelos átomos do cristal matriz. 
eles "substituem" os átomos do cristal matriz.
são chamados impurezas substitucionais.
INTERSTICIAL: os átomos de impureza estão localizados nos interstícios da estrutura cristalina matriz.
são chamados impurezas intersticiais.
estas impurezas normalmente tem um pequeno tamanho quando comparadas aos átomos da matriz.
Vacância ou Vazios
Envolve a falta de um átomo;
São formados durante a solidificação do material cristalino ou como resultado das vibrações atômicas (os átomos deslocam-se de suas posições normais);
A energia livre do material depende do número ou concentração de vacâncias presentes.
O número de vacâncias aumenta exponencialmente com a temperatura
Átomos Intersticiais
Envolve um átomo extra no interstício (do próprio cristal);
Produz uma distorção no reticulado, já que o átomo geralmente é maior que o espaço do interstício;
A formação de um defeito intersticial implica na criação de uma vacância, por isso este defeito é menos provável que uma vacância.
Intersticiais
Átomo intersticial grande
Gera maior distorção na rede
Átomo Intersticial Pequeno
As discordâncias estão associadas com a cristalização e a deformação (origem: térmica, mecânica e supersaturação de defeitos pontuais).
A presença deste defeito é a responsável pela deformação, falha e ruptura dos materiais.
As discordâncias podem ser definidas como:
 Cunha
 Hélice
 Mista
2 - Defeitos Lineares (Discordâncias)
Discordância em Cunha
Envolve um semi-plano extra de átomos.
Envolve zonas de tração e compressão.
Deslocamento da aresta
Discordância em Cunha
Discordância em Hélice
Produz distorção na rede.
O vetor de Burger é paralelo à direção da linha de discordância.
 Envolvem fronteiras (defeitos em duas dimensões) e normalmente separam regiões dos materiais de diferentes estruturas cristalinas ou orientações cristalográficas.
 Superfície externa
 Contorno de grão
 Fronteiras entre fases
 Maclas ou Twins
 Defeitos de empilhamento
3 - Defeitos Planos ou Interfaciais
 São introduzidas no processamento do material e/ou na fabricação do componente.
.Inclusões		Impurezas estranhas.
.Precipitados	são aglomerados de partículas cuja composição difere da matriz.
.Fases		forma-se devido à presença de impurezas ou elementos de liga (ocorre 			quando o limite de solubilidade é ultrapassado).
.Porosidade		origina-se devido a presença ou formação de gases.
4 – Imperfeições Volumétricas